車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)基礎(chǔ)知識

2022/12/31汽車車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)檢修第1頁，共49頁。2022/12/32第1章車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)基礎(chǔ)知識

第2章常用車載網(wǎng)絡(luò)信息傳輸系統(tǒng)

第3章大眾車系車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)檢修

第4章奧迪車系車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)檢修

第5章豐田多路傳輸系統(tǒng)檢修第2頁，共49頁。2022/12/33第1章車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)基礎(chǔ)知識

第3頁，共49頁。2022/12/341.1認識車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)第4頁，共49頁。2022/12/351.1認識車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中央控制單元的車三個控制單元的車不使用網(wǎng)絡(luò)情況第5頁，共49頁。2022/12/361.1認識車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)帶有三個控制單元的CAN驅(qū)動網(wǎng)絡(luò)第6頁，共49頁。2022/12/371.1認識車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的應(yīng)用背景很多汽車采用了多個電控系統(tǒng)，如奔馳600SEL采用了20多個電控模塊。為了提高汽車綜合控制的準確性，控制系統(tǒng)迫切需要輸入、輸出信號/數(shù)據(jù)共享。當電控模塊共享輸入信息時，就能對汽車進行更為復雜的控制。第7頁，共49頁。2022/12/38車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的作用為了簡化線路，提高各電控單元之間的通信速度，汽車制造商開發(fā)設(shè)計了新的總線系統(tǒng)，即車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，把眾多的電控單元連成網(wǎng)絡(luò)，其信號通過數(shù)據(jù)總線的形式傳輸，可以達到信息資源共享的目的。車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的出現(xiàn)同時也提高了汽車綜合控制的準確性，當電控單元共享輸入信息時，就能對汽車進行更為復雜的控制。例如，發(fā)動機控制單元可以利用來自安全氣囊控制單元的碰撞信號來決定電動燃油泵控制電路是否需要被切斷。第8頁，共49頁。車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的作用隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展和在汽車上的廣泛應(yīng)用，汽車電子化程度越來越高，汽車上的電控裝置也越來越多，例如電子燃油噴射裝置、防抱死制動裝置（ABS）、驅(qū)動防滑系統(tǒng)（ASR）、電控自動變速器、安全氣囊、主動懸架、電動門窗等。集成電路和單片機在汽車上的廣泛使用，大大增加了汽車上的電子控制器的數(shù)量，使得線路越來越復雜。第9頁，共49頁。車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的作用在追求汽車使用性和小型化的今天，粗大的線束不但占用了汽車上寶貴的空間資源，而且越來越難被安裝在隱蔽位置。這樣將會導致電控單元的端子數(shù)增加、線路日趨復雜、故障率增多、汽車工作的可靠性下降、維修困難等后果。第10頁，共49頁。車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的作用為了提高信號的利用率，要求大批的數(shù)據(jù)信息能在不同的電子單元中共享，汽車綜合控制系統(tǒng)中大量的控制信號也需要實時交換。傳統(tǒng)的電器系統(tǒng)大多采用的點對點的單一通信方式，已遠不能滿足這種需求。針對上述問題，在借鑒計算機網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)運而生。第11頁，共49頁。車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的作用布線簡化降低成本（減輕車重）?更少的線束

?更多的功能

?更少的空間需求電控單元之間交流更加便捷傳感器數(shù)目減少，實現(xiàn)信息資源共享提高汽車總體運行可靠性車載網(wǎng)絡(luò)優(yōu)點第12頁，共49頁。從1980年起，汽車內(nèi)開始裝用網(wǎng)絡(luò)。1983年，豐田公司在世紀牌汽車上最早采用了應(yīng)用總線的車門控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了多個節(jié)點的連接通信。此系統(tǒng)采用了集中控制方法，車身ECU對各個車門的門鎖、電動玻璃窗進行控制。

車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的發(fā)展史第13頁，共49頁。車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的發(fā)展史1986-1989年間，在車身系統(tǒng)上裝有了利用銅線的網(wǎng)絡(luò)。1987年，作為集中型控制系統(tǒng)，日產(chǎn)公司的車門相關(guān)系統(tǒng)，GM公司的車燈控制系統(tǒng)已處于批量生產(chǎn)的階段。在這段時期內(nèi)，德國的Bosch公司提出了汽車車載局域網(wǎng)（LAN）的基本協(xié)議，該協(xié)議即為控制器局域網(wǎng)（ControllerAreaNetwork)，簡稱為CAN。目前控制系統(tǒng)局域網(wǎng)中應(yīng)用最廣的標準就是CAN。接著，美國汽車工程師學會提出了J1850。日本也提出各種各樣的網(wǎng)絡(luò)方案，豐田、日產(chǎn)、三菱、本田以及馬自達公司都已處于批量生產(chǎn)的階段，但沒有統(tǒng)一以車身系統(tǒng)為主的控制方式。第14頁，共49頁?，F(xiàn)在歐洲又以與CAN協(xié)議不同的思路提出了控制系統(tǒng)的新協(xié)議TTP(TimeTriggeredProtocol),并在X-by-wire系統(tǒng)即線控操作中開始應(yīng)用。為實現(xiàn)音響系統(tǒng)的數(shù)字化，建立起將音頻數(shù)據(jù)和信號系統(tǒng)綜合在一起的AV網(wǎng)絡(luò)。由于這種網(wǎng)絡(luò)須將大容量的數(shù)據(jù)連續(xù)輸出，故這種網(wǎng)絡(luò)上將采用光纜。今后，當對汽車引入智能交通系統(tǒng)（ITS）時，由于要與車外交換數(shù)據(jù)，所以在信息系統(tǒng)中將采用更大容量的網(wǎng)絡(luò)，例如DDB/Optical(DomesticDigitalBus/Optical),MOST(MediaOrientedSystemTransport),IEEE1394等。車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的發(fā)展史第15頁，共49頁。車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的發(fā)展史主要網(wǎng)絡(luò)標準第16頁，共49頁。典型車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成

典型的汽車車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)l-ABS模塊2-動力系統(tǒng)控制模塊（PCM）3-電子自動溫度控制（EATC）

4-集成控制板（ICP）5-虛像組合儀表6-照明控制模塊（LCM）7-駕駛員座椅模塊（DSM）8-駕駛員車門模塊（DDM）

9-移動電話模塊10-汽車動態(tài)模塊第17頁，共49頁。典型車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成第18頁，共49頁。風云2CAN總線網(wǎng)絡(luò)圖典型車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成第19頁，共49頁。汽車車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖典型車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成第20頁，共49頁。1.2車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的要求及應(yīng)用1.2.1汽車對通信網(wǎng)絡(luò)的要求汽車多個ECU之間的網(wǎng)絡(luò)布局常見的有分級式和分開式兩種。分級式網(wǎng)絡(luò)布局第21頁，共49頁。1.2.1汽車對通信網(wǎng)絡(luò)的要求

分開式網(wǎng)絡(luò)布局第22頁，共49頁。1.2.1汽車對通信網(wǎng)絡(luò)的要求2．數(shù)據(jù)通信連接到車載網(wǎng)絡(luò)的各個ECU按需要從總線上接收最新的信息以操縱各個系統(tǒng)。汽車內(nèi)ECU之間與辦公用微機之間的數(shù)據(jù)傳輸特征不盡相同，主要差別在于傳輸頻率。汽車內(nèi)ECU之間的數(shù)據(jù)傳輸頻率是變化的，在一個完善的汽車電子控制系統(tǒng)中，許多動態(tài)信息必須與車速同步。為了滿足各子系統(tǒng)的實時性要求，有必要對汽車公共數(shù)據(jù)實行共享，如發(fā)動機轉(zhuǎn)速、車輪轉(zhuǎn)速、油門踏板位置等。但每個ECU對實時性的要求是因數(shù)據(jù)的更新速率和控制周期不同而不同的。第23頁，共49頁。1.2.2車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在汽車上的應(yīng)用車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在汽車上的應(yīng)用非常多，按照應(yīng)用系統(tǒng)加以劃分的話，車用網(wǎng)絡(luò)大致可以分為4個系統(tǒng)：動力傳動系統(tǒng)、車身系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、信息系統(tǒng)。第24頁，共49頁。1.2.2車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在汽車上的應(yīng)用1．動力傳動系統(tǒng)動力CAN數(shù)據(jù)總線連接3塊電腦，它們是發(fā)動機、ABS/EDL及自動變速器電腦（動力CAN數(shù)據(jù)總線可以連接安全氣囊、四輪驅(qū)動與組合儀表等電腦）?？偩€可以同時傳遞10組數(shù)據(jù)，發(fā)動機電腦5組、ABS/EDL電腦3組、自動變速器電腦2組。數(shù)據(jù)總線以500kbit/s速率傳遞數(shù)據(jù)，每一數(shù)據(jù)組傳遞大約需要0.25ms，每一電控單元7ms～20ms發(fā)送一次數(shù)據(jù)。優(yōu)先權(quán)順序為ABS/EDL電控單元、發(fā)動機電控單元、自動變速器電控單元。第25頁，共49頁。1.2.2車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在汽車上的應(yīng)用防止車輪打滑:連接到網(wǎng)絡(luò)上多個電控模塊能使控制器“一起工作”來協(xié)調(diào)汽車上各系統(tǒng)的工作，從而得到最佳的工作狀態(tài)，并且為汽車提供了實現(xiàn)許多復雜功能的能力。ＴＣＳ可用制動力來控制，也可用發(fā)動機來控制。第26頁，共49頁。1.2.2車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在汽車上的應(yīng)用2．車身系統(tǒng)與動力傳動系統(tǒng)相比，汽車上的各處都配置有車身系統(tǒng)的部件，線束長，容易受到干擾。舒適CAN數(shù)據(jù)總線連接5個控制單元（包括中央控制單元及4個車門的控制單元），有5個功能：中央門鎖、電動窗、照明開關(guān)、后視鏡加熱及自診斷功能。第27頁，共49頁。1.2.2車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在汽車上的應(yīng)用自動落鎖功能:司機門模塊（DDM）利用來自PCM的變速器檔位（TR）傳感器信號和來自ABS模塊的車速信號，自動鎖上車門。PCM把TR信號發(fā)送給DDM。高速行駛的汽車接收到轉(zhuǎn)向輸入數(shù)據(jù)量增加的信號，此時，懸架控制模塊會對此作出反應(yīng)，加大懸架硬度，改善汽車操縱性。如果輸入信號指示汽車正在直行，那么懸架控制模塊則采用較軟的行駛平順性，減小懸架硬度。第28頁，共49頁。1.2.2車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在汽車上的應(yīng)用第29頁，共49頁。1.2.2車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在汽車上的應(yīng)用3．安全系統(tǒng)安全系統(tǒng)是指根據(jù)多個傳感器的信息使安全氣囊啟動等的控制系統(tǒng)。由此使用的節(jié)點數(shù)將急劇地增加。對此系統(tǒng)的要求是成本低、通信速度快、通信可靠性高。4．信息（娛樂、ITS）系統(tǒng)對信息系統(tǒng)通信總線的要求是容量大、通信速度非常高。第30頁，共49頁。1.2.3車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)常用術(shù)語1．數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線是模塊間運行數(shù)據(jù)的通道，即所謂的信息高速公路。數(shù)據(jù)總線可以實現(xiàn)在一條數(shù)據(jù)線上傳遞的信號可以被多個系統(tǒng)（控制單元）共享，從而最大限度地提高系統(tǒng)整體效率，充分利用有限的資源。如果系統(tǒng)可以發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，則這樣的數(shù)據(jù)總線就稱之為雙向數(shù)據(jù)總線。第31頁，共49頁。1.2.3車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)常用術(shù)語2．CANCAN（ControllerAreaNetwork，控制局域網(wǎng)），是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。3．局域網(wǎng)在一個有限區(qū)域內(nèi)連接的計算機的網(wǎng)絡(luò)稱為局域網(wǎng)。一般這個區(qū)域具有特定的職能，通過這個網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)這個系統(tǒng)內(nèi)的資源共享和信息通信。4．現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線（FieldBus）是在工業(yè)過程控制和生產(chǎn)自動化領(lǐng)域發(fā)展起來的一種網(wǎng)絡(luò)體系，是在過程現(xiàn)場安裝在控制室先進自動化裝置中的一種串行數(shù)字通信鏈路。第32頁，共49頁。1.2.3車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)常用術(shù)語5．多路傳輸多路傳輸用SWS（SmartWiringSystem）表示，是指在同一通道或線路上同時傳輸多條信息。事實上，數(shù)據(jù)信息是依次傳輸?shù)?，但速度非?？欤坪蹙褪峭瑫r傳輸?shù)?。?3頁，共49頁。1.2.3車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)常用術(shù)語6．模塊/節(jié)點模塊就是一種電子裝置。簡單一點的如溫度和壓力傳感器，復雜的如計算機（微處理器）。傳感器是一個模塊裝置，根據(jù)溫度和壓力的不同產(chǎn)生不同的電壓信號，這些電壓信號在計算機的輸入接口被轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號。在計算機多路傳輸系統(tǒng)中一些簡單的模塊被稱為節(jié)點。第34頁，共49頁。1.2.3車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)常用術(shù)語7．網(wǎng)絡(luò)為了實現(xiàn)信息共享而把多條數(shù)據(jù)總線連在一起，或者把數(shù)據(jù)總線和模塊當作一個系統(tǒng)。從物理意義上講，汽車上許多模塊和數(shù)據(jù)總線距離很近，因此被稱之為LAN（局域網(wǎng)）。有些電子元件之間的通訊不屬于網(wǎng)絡(luò)通訊，如傳感器與控制模塊之間的通訊就是非網(wǎng)絡(luò)通訊。當兩個或更多的模塊共享信息時，網(wǎng)絡(luò)通訊進行。如果PCM和溫度自動電控（EATC）模塊通過網(wǎng)絡(luò)共享ECT的傳感器信息，那么，這是網(wǎng)絡(luò)通訊。因為兩個模塊都使用了ECT的信息來決定工作策略。第35頁，共49頁。1.2.3車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)常用術(shù)語網(wǎng)絡(luò)指控制模塊和接線，使用電氣或電子媒介發(fā)送或接收信息。有些網(wǎng)絡(luò)允許電子模塊共享輸入信息，讓多個模塊一起工作，實現(xiàn)復雜的汽車操作。網(wǎng)絡(luò)的使用也提高了汽車的診斷能力。第36頁，共49頁。1.2.3車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)常用術(shù)語8．網(wǎng)關(guān)因為汽車上往往不只使用一種總線和網(wǎng)絡(luò)，所以必須用一種方法達到信息共享，而不產(chǎn)生協(xié)議間的沖突。例如，車門打開時，發(fā)動機控制模塊也許需要被喚醒。為了使采用不同協(xié)議及速度的數(shù)據(jù)總線間實現(xiàn)無差錯數(shù)據(jù)傳輸，必須要用一種特殊功能的計算機，這種計算機就叫做網(wǎng)關(guān)。第37頁，共49頁。1.2.3車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)常用術(shù)語診斷系統(tǒng)和車輛之間的聯(lián)系及不同網(wǎng)絡(luò)之間的信息聯(lián)系只能通過中央網(wǎng)關(guān)模塊實現(xiàn)。比如?？怂管囕v上使用了MS-CAN與HS-CAN網(wǎng)絡(luò)，如果MS-CAN網(wǎng)絡(luò)需要使用HS-CAN網(wǎng)絡(luò)上傳遞的信息，就需要使用儀表模塊作為網(wǎng)關(guān)模塊把信息進行重新解碼與編碼，最后把信號轉(zhuǎn)化為低速網(wǎng)絡(luò)可以使用的信息。例如?？怂故褂昧藘x表模塊作為網(wǎng)關(guān)。第38頁，共49頁。1.2.3車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)常用術(shù)語9．幀為了可靠地傳輸數(shù)據(jù)，通常將原始數(shù)據(jù)分割成一定長度的數(shù)據(jù)單元，這就是數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯卧?，稱為幀。第39頁，共49頁。1.3車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通信協(xié)議1.3.1通信協(xié)議概述通信協(xié)議是指通信雙方控制信息交換規(guī)則的標準、約定的集合，即指數(shù)據(jù)在總線上的傳輸規(guī)則。簡單地說，兩個實體要想成功地通信，它們必須“說同樣的語言”，并按既定控制法則來保證相互的配合。第40頁，共49頁。1.3車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通信協(xié)議1.3.1通信協(xié)議概述通信協(xié)議的種類繁多，可分為如下幾類。①在一個簡單的通信協(xié)議中，模塊不分主從，根據(jù)規(guī)定的優(yōu)先規(guī)則，模塊間相互傳遞信息，并且都知道該接收什么信息。②一個模塊是主模塊，其他則為從屬模塊，根據(jù)優(yōu)先規(guī)則，主模塊決定哪個從屬模塊發(fā)信息以及何時發(fā)送信息。③所有的模塊都像旋轉(zhuǎn)木馬上的騎馬人，一個上面有“免費券”掛環(huán)的轉(zhuǎn)圈繞著他們旋轉(zhuǎn)。當一個模塊有了有用的信息，它便抓住掛環(huán)掛上這條信息，任何一個需要這條信息的模塊都可以從掛環(huán)上取下這條信息。④通信協(xié)議中有個仲裁系統(tǒng)，通常這個系統(tǒng)按照每條信息的數(shù)字拼法為各數(shù)據(jù)傳輸設(shè)定優(yōu)先規(guī)則。第41頁，共49頁。1.3.2接口與實體接口是為兩個系統(tǒng)、設(shè)備或部件之間連接服務(wù)的數(shù)據(jù)流穿越的界面。計算機通信接口由設(shè)備（或部件）和說明組成，一般包括4個方面內(nèi)容：物理、電氣、邏輯和過程。在計算機網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，不同系統(tǒng)中的實體需要通信。一般來說，實體是能夠發(fā)送或接收信息的東西，而系統(tǒng)是包含一個或多個實體的物理物體。實體包括用戶應(yīng)用程序、文件傳送程序包、進程、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、電子郵件設(shè)施及終端等。系統(tǒng)包括計算機、終端設(shè)備和遙感裝置等。第42頁，共49頁。1.3.3協(xié)議要素及其功能1．協(xié)議的3要素（1）語法確定通信雙方之間“如何講”，由邏輯說明構(gòu)成，對信息或報文中各字段進行格式化，說明報頭（或標題）字段、命令和應(yīng)答的結(jié)構(gòu)。（2）語義確定通信雙方之間“講什么”，由過程說明構(gòu)成，對發(fā)布請求、執(zhí)行動作以及返回應(yīng)答予以解釋，并確定用于協(xié)調(diào)和差錯處理的控制信息。（3）定時規(guī)則指出事件的順序以及速度匹配、排序。第43頁，共49頁。1.3.3協(xié)議要素及其功能2．協(xié)議的功能協(xié)議的功能是控制并指導兩個對話實體的對話過程，發(fā)現(xiàn)對話過程中出現(xiàn)的差錯并確定處理策略。具體說來，每個協(xié)議都是具有針對性的，用于特定的目的，所以各協(xié)議的功能是不一樣的；但是還有一些公共的功能是大多數(shù)協(xié)議都具有的。這些功能包括以下4個方面。（1）差錯檢測和糾正（2）分塊和重裝（3）排序（4）流量控制第44頁，共49頁。1.3.4協(xié)議的類型協(xié)議可根據(jù)其不同特性進行分類，可分為直接型/間接型、單體型/結(jié)構(gòu)化型、對稱型/不對稱型、標準型/非標準型等。1．直接型/間接型兩個實體間的通信，可以是直接的或間接的。例如，兩個系統(tǒng)若共享一個點—點鏈路，那么這些系統(tǒng)中的實體就可以直接通信。此時數(shù)據(jù)和控制信息直接在實體間傳遞而無任何中間的信息處理裝置，所需要的協(xié)議屬于直接型。2．單體型/結(jié)構(gòu)化型在兩個實體間通信任務(wù)比較簡單的情況下，采用單一協(xié)議來控制通信，這種協(xié)議被稱為單體型協(xié)議。面臨復雜的情況時，可采用結(jié)構(gòu)化型協(xié)議，即以展示為層次或分層結(jié)構(gòu)的協(xié)議集合來代替單體型協(xié)議。第45頁，共49頁。1.3.4協(xié)議的類型3．對稱型/不對稱型大部分的協(xié)議屬于對稱型，即它們關(guān)聯(lián)于同等的實體之間通信。不對稱的協(xié)議可以是交換邏輯的要求（例如，一個用戶進程和一個服務(wù)進程），或者是為了盡可能使實體或系統(tǒng)保持簡單。4．標準型/非標準型一個部門或者一個國家都希望制定標準型協(xié)議，促進組建計算機網(wǎng)絡(luò)和分布處理系統(tǒng)。非標準型協(xié)議一般都是發(fā)展中的產(chǎn)物，或者為特定通信環(huán)境所設(shè)計。第46頁，共49頁。1.3.5常用的通信協(xié)議1．常用通信協(xié)議形式常用通信協(xié)議包括CAN、BASICCAN、ABWS、VAN、HBCC、PALMENT、DLCS、CCD等類型。2．車載網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標準國際上眾多知名汽車公司早在2